Projet BTS d’IHM et d’instrumentation de l’enceinte thermique didactisée de Schneider

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"Ce projet a permis aux étudiants de 1ère année de BTS SE d’appliquer leurs connaissances sur LabVIEW 2011."

- Roselyne HENRI, Lycée Jean PERRIN

The Challenge:
Concevoir une interface homme-machine pour l’enceinte thermique didactisée de Schneider afin d’illustrer l’enseignement de la régulation de température en classe de BTS Conception et Réalisation des Systèmes Automatisés (BTS CRSA).

The Solution:
Utiliser LabVIEW et un boîtier d’acquisition de données NI USB-6008 plutôt que l’automate qui était proposé par Schneider. Le coût du boîtier était bien inférieur à celui de l’automate et la programmation avec LabVIEW plus adaptée au cursus des étudiants de BTS Systèmes Electroniques (BTS SE) qui devaient réaliser cette interface.

Author(s):
Roselyne HENRI - Lycée Jean PERRIN

Le Lycée Jean PERRIN de St-Ouen-l’Aumône (Val d’Oise) accueille trois sections de BTS : le BTS  Conception et Réalisation des Systèmes Automatisés (BTS CRSA), le BTS Electrotechnique (BTS ETT) et le BTS Systèmes Electroniques (BTS SE).

Pour la section de BTS Conception et Réalisation des Systèmes Automatisés (BTS CRSA), le lycée a acheté la partie opérative de la maquette pédagogique « Enceinte thermique » vendue par Schneider afin de réaliser des travaux pratiques sur la régulation de température avec les étudiants de cette section.

Afin de diminuer le coût et avoir une interface qui corresponde exactement à leurs besoins, les collègues de mécanique et de productique ont demandé aux étudiants de 1ère année de la section de BTS Systèmes Electroniques (BTS SE) d’établir pour eux une interface homme-machine correspondant à leur attente.

Acquérir des températures et commander des actionneurs

La maquette pédagogique de Schneider simule une enceinte thermique sur laquelle on prélève trois températures sur trois étages différents (chambre haute ou four, chambre milieu ou lampe, chambre basse ou ambiante). Équipée d’une interface de puissance, elle permet la commande d’une ampoule de 75 W pour simuler le chauffage de l’enceinte et la commande d’un ventilateur (24 V).

Nous avions à notre disposition la partie opérative et l’armoire de commande de l’ampoule et du ventilateur. Nous devions faire l’acquisition des températures à l’aide des entrées analogiques du boîtier USB-6008. La commande des actionneurs (ampoule et ventilateur) a été réalisée à l’aide des sorties booléennes du DAQ USB-6008 via une carte d’interface pour passer de 5 V à 10 V et augmenter le courant de commande. La carte d’interface a été développée par les étudiants.

Une face-avant réalisée à partir d’un cahier des charges fonctionnel

Le cahier des charges fonctionnel, fourni par les collègues de BTS CRSA, nous a permis de réaliser la face-avant.

Ils désiraient avoir sur leur IHM :

  • les températures des trois chambres affichées
  • des boutons rotatifs pour les consignes basses et hautes de température
  • trois graphes pour afficher les températures mesurées et les consignes
  • des voyants pour indiquer l’état du chauffage et du ventilateur.

Nous avons opté pour un affichage sous forme d’onglets afin de ne pas surcharger la face-avant.

L’occasion de comprendre les principes des capteurs et du conditionnement

Les étudiants ont utilisé la documentation des conditionneurs des sondes PT100 situés sur la partie opérative de l’enceinte thermique. Ils ont mis en évidence les relations entre les températures et les tensions mesurées. Cela a été l’occasion de faire un cours sur les conditionneurs et les sondes PT100. Ils ont pu contrôler que la gamme des tensions obtenues était de 0 à 10 V.

L’étude de la structure des entrées analogiques du boîtier USB-6008 leur a permis de vérifier la compatibilité entre les conditionneurs et le boîtier d’acquisition. Ils ont utilisé les VIs Express de la bibliothèque DAQmx et ont construit leur VI pour mesurer les températures. À l’aide d’opérations arithmétiques, ils ont adapté les signaux de tension pour afficher la température réelle. Les trois conditionneurs n’étaient pas identiques.

Développer une interface de puissance

Pour finir, le chauffage (la lampe) sera activé si les températures mesurées sont trop basses et le ventilateur sera mis en marche si les températures mesurées sont trop élevées. Des voyants simulent chauffage et ventilateur.

Les sorties délivrant des signaux TTL, il a fallu les adapter pour que la lampe (chauffage) et le ventilateur puissent être commandés correctement. Les étudiants ont donc développé une carte d’interface de puissance permettant de délivrer un courant de 500 mA et des tensions de 10 V en sortie.

Des améliorations du VI apportées dans un but pédagogique

Le contrat a été rempli par les étudiants de 1ère année de BTS SE, mais dans le but d’approfondir leurs connaissances sur LabVIEW et ainsi aller plus loin dans les projets à venir, j’ai apporté quelques améliorations : un menu déroulant a été ajouté pour faire le choix de zone où on doit faire la régulation. Celle-ci ne se fait plus pour les trois zones en même temps. Le graphe correspondant est mis en évidence grâce aux nœuds de propriété. Le choix des consignes est tel que la température maximale ne pourra être inférieure à la température minimale (utilisation des nœuds de propriété). La consigne maximale de la température ambiante ne pourra dépasser 50°C (utilisation des nœuds de propriété). Et enfin, un fichier exécutable a été réalisé.

Des améliorations à venir sur le plan électronique

Les essais ont été concluants. Cependant, les sorties sont de type TOR. Nous avons prévu de faire une version améliorée avec des sorties variant de 0 à 10 V comme Schneider le proposait avec la version équipée d’un automate. Les étudiants devront rechercher une solution dans ce sens.

Le travail des étudiants a été valorisé

Les étudiants de 1ère année de BTS SE ont été très fiers de concevoir ce produit pour leurs collègues du BTS CRSA. Sachant que ceux-ci ne connaissaient pas LabVIEW, ils ont fait des efforts en commentant leur programme. Ils ont rédigé un compte rendu sur ce projet, en ayant toujours à l’esprit qu’ils s’adressaient à des non-électroniciens.

Sur le plan pédagogique, ce fut aussi une expérience très enrichissante. Ils ont dû étudier les sondes de température avec leurs conditionneurs, la structure du boîtier USB-6008 et réaliser une carte d’interface de puissance. Ils ont aussi fortement amélioré leurs connaissances sur LabVIEW. D’ailleurs cela a réconcilié certains d’entre eux avec la programmation.

Une suite sera donnée à ce projet avec l’étude des améliorations que j’ai apportées et la conception de l’interface d’une commande proportionnelle pour les étudiants qui vont passer en 2ème année de BTS SE. Ils seront alors fin prêts pour débuter les projets industriels utilisant LabVIEW (projets support d’examen pour la session prochaine du diplôme de BTS SE).

Octobre 2012

Author Information:
Roselyne HENRI
Lycée Jean PERRIN
2, rue des Egalisses
St-Ouen-l’Aumône 95310
France
Tel: +33 (0)1 34 32 58 28
roselyne.henri@ac-versaillles.fr

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